WO2021099289A1 - Operating unit for an electric parking brake - Google Patents
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Definitions
- the thread is designed as a symmetrical thread in which the flank angles (a, a ') have essentially the same angular amounts relative to a radial reference plane (R) perpendicular to the axis of rotation (A).
- the drive spindle is largely designed as a cold-formed metal molding.
- the nut is mainly designed as a cold-formed molded metal part.
- flank angles (a, a ') are selected between 12-18 ° (each inclusive), preferably between 13 ° and 15 °.
- the central body and head section of the nut can be made in one piece or be composed of two components in a non-positive, positive or material fit.
- Internal and external threads of the actuation unit mesh in an active connection as a thread and define a common axial axis of rotation (A).
- the thread is designed as a symmetrical thread in which the flank angles (a, a ') have essentially the same angular amounts relative to a radial reference plane (R) perpendicular to the axis of rotation (A).
- FIG. 5 shows a schematic diagram of a threaded tooth with a closing fold in cross section
- FIG. 1 shows an actuating unit 10 as a system comprising nut 20 and drive spindle 11 in operatively connected engagement.
- Such an assembly can be used as a linear drive element in an electric parking system, but is also suitable per se for technically equivalent tasks such as locking or locking systems, in which a constant, axial force is applied to the assembly in the end position.
- the drive spindle 11 can essentially be divided into two subsections.
- the drive side 12 which can include a bearing 14.
- the power is transmitted by a drive motor.
- this transmission can take place directly from a drive motor via a coupling element or indirectly via a gear, toothed belt or some other suitable means.
- the other subsection is the actual spindle thread section 13. It is technically designed as an essentially rod-shaped component with an external thread 15.
- This drive spindle 11 is shown in an operative connection with a nut 20. The latter can be subdivided into a head section 22 and a sleeve-shaped central body 21, which has an internal thread 23.
- A As that area is indicated schematically which serves as a contact area for the opposite flank during operation. It can be seen that the drawn force F a hits the contact surface at an angle of 90 °. The steeper the flank, the smaller ß and accordingly the lower the force component Fr that acts in the radial direction. How steep the second flank can be for a given angle ß depends, among other things, on the pitch of the thread.
- FIG. 3 analogously to FIG. 2 - the relationships on an idealized symmetrical thread with essentially the same flank angles a, a 'are shown.
- the surface pressure is calculated with F s is higher with the same F a in Figure 3 as in Figure 2.
- a sy schematically denotes the contact surface with the opposite flank in the active compound.
- FIG. 5 shows, in a schematic section, a thread tip 90 with two differently steep flanks 94 and 95 of an asymmetrical thread with a closing fold 92.
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Abstract
The invention relates to an operating unit for a parking brake of motor vehicles comprising an operatively connected unit consisting of a drive spindle and nut, which forms an axially longitudinally adjustable element of a linear drive. The drive spindle has a drive side for connection to an electric drive and a substantially cylindrical spindle portion having an external thread. Conversely, the nut has a tubular central body having an internal thread and furthermore a head portion which is designed to act as a pressure piston on a brake element of the parking brake. The central body and head portion of the nut, just as the drive side and spindle portion of the drive spindle, can be designed in one piece or frictionally or interlockingly or integrally assembled from two components. The internal and external threads of the operating unit intermesh as threads in the operative connection and define a common axial axis of rotation (A). According to the invention, the thread is designed as a symmetrical thread, wherein the flank angles (α, α'), relative to a radial reference plane (R) perpendicular to the axis of rotation (A), have angle values which are substantially equal in magnitude.
Description
BETÄTIGUNGSEINHEIT FÜR EINE ELEKTRISCHE PARKBREMSE ACTUATOR FOR AN ELECTRIC PARKING BRAKE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit in Mutter-Spindelausführung für eine Feststellbremse von Kraftfahrzeugen. The present invention relates to an actuating unit in a nut / spindle design for a parking brake of motor vehicles.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Eine Feststellbremse für Kraftfahrzeuge nach Stand der Technik wird häufig über Seilzüge bedient, die über hand- oder fussbetätigte Flebel durch Rastvorrichtungen in einer Endpo sition festgehalten werden können. Üblicherweise wird in dieser Endposition das Brems element der hydraulisch oder pneumatisch betätigten Betriebsbremse mechanisch verrie gelt. A parking brake for motor vehicles according to the prior art is often operated via cables that can be held in an Endpo position via hand or foot-operated Flebel by locking devices. Usually, the braking element of the hydraulically or pneumatically operated service brake is mechanically locked in this end position.
In den letzten Jahren wurden diese rein mechanischen Parkbremsen zunehmend durch elektrische Bremssysteme abgelöst. Diese verwenden eine Gewindespindel/Mutter Kom bination als axial verstellbares Element eines Linearantriebes. Eine Gewindespindel wird durch einen Elektromotor angetrieben und wirkt auf das Gewinde der umgreifenden Mut ter. Durch die Spindeldrehung wird die Mutter in eine Längsbewegung entlang der Spin delachse versetzt. Wird die Mutter mit einem Kolbenelement verbunden, das auf einen Bremsbelag wirkt, lässt sich eine (Feststell-)Bremswirkung erzielen. Ein Mutter- Spindelsystem hat darüber hinaus den Vorteil, dass es stromlos sicher ist, weil die Selbst hemmung des Gewindes, verbunden mit einem üblicherweise vorhandenen Unterset zungsgetriebe und dem Antriebsmotor die Bremse in der arretierten Stellung hält. In recent years, these purely mechanical parking brakes have increasingly been replaced by electrical brake systems. These use a threaded spindle / nut combination as an axially adjustable element of a linear drive. A threaded spindle is driven by an electric motor and acts on the thread of the encompassing Mut ter. As a result of the spindle rotation, the nut is set in a longitudinal movement along the spindle axis. If the nut is connected to a piston element that acts on a brake lining, a (locking) braking effect can be achieved. A nut-spindle system also has the advantage that it is safe when de-energized because the self-locking of the thread, combined with a reduction gear usually present and the drive motor, keeps the brake in the locked position.
Das Mutter-Spindelsystem wirkt technisch gesehen als Schraubgetriebe, wobei die Unter- bzw. Übersetzung durch die Dimensionierung der Gewindespindel und die Steigung des Gewindes bestimmt wird. Für Parkbremssysteme sind sehr kurze Reaktionszeiten norma lerweise nicht erforderlich; hingegen müssen ausreichend grosse Klemmkräfte auf die Bremse erzeugt werden können, damit auch beim Parken in Hanglagen im beladenen Zustand ein Fahrzeug sicher gehalten werden kann. Aus diesem Grund finden vorwiegend Mutter-Spindelsysteme Anwendung und weniger häufig die komplexeren und aufwändige ren, aber leichtgängigeren Kugelgewindetriebe. From a technical point of view, the nut-spindle system acts as a helical gear, the reduction or translation being determined by the dimensioning of the threaded spindle and the pitch of the thread. Very short reaction times are not normally required for parking brake systems; on the other hand, it must be possible to generate sufficiently large clamping forces on the brake so that a vehicle can be held securely in the loaded state even when parking on slopes. For this reason, mother-spindle systems are predominantly used and less often the more complex and elaborate but smoother ball screw drives.
Im Folgenden soll die Gewindeauslegung betrachtet werden, die typischerweise bei der Konstruktion eines Mutter-Spindelsystems angewendet wird. Die Stellkräfte beim Betäti gen einer Parkbremse wirken auf das Mutter-Spindelsystem im Wesentlichen entlang der Mittenlängsachse des Systems. Der Kräfteübergang zwischen Gewindespindel und Mutter erfolgt dabei über die ineinander greifenden Gewindegänge; je nach Belastungsrichtung
über die jeweils aufeinander gleitenden Flanken der Gewindegänge von Mutter und Ge windespindel. Da die Baulänge der montierten Betätigungseinheit aus Antriebsspindel und Mutter je nach Stellung des Gewindes variiert, ändert sich auch die Gesamtfläche der kraftübertragenden Flanken. Ferner kann, je nach Auszugslänge der Mutter-Spindel- Kombination auch das Winkelspiel, also die mögliche seitliche Auslenkung bzw. Verkip pung der Gewindespindel relativ zur Mutter, unterschiedlich gross sein. In the following, the thread design will be considered, which is typically used in the construction of a nut-spindle system. The actuating forces when a parking brake is actuated act on the nut / spindle system essentially along the central longitudinal axis of the system. The transfer of forces between the threaded spindle and the nut takes place via the intermeshing threads; depending on the direction of load via the flanks of the threads of the nut and Ge threaded spindle that slide on each other. Since the overall length of the installed actuating unit consisting of the drive spindle and nut varies depending on the position of the thread, the total area of the force-transmitting flanks also changes. Furthermore, depending on the extension length of the nut-spindle combination, the angular play, i.e. the possible lateral deflection or tilting of the threaded spindle relative to the nut, can be of different sizes.
Zum Verständnis sei auf Figur 4 verwiesen, wo ein asymmetrisches Gewinde gezeigt ist, bei dem der Gewindegang über Flanken unterschiedlicher Steilheit verfügt. Gezeigt ist eine Situation, wo die auf die Mutter wirkende Kraft Fa (Kraft parallel zur Achse der Mutter- Spindel-Einheit) die steileren Gewindeflanken von Mutter und Gewindespindel aufeinan- derpresst. For understanding, reference is made to FIG. 4, where an asymmetrical thread is shown, in which the thread pitch has flanks of different steepness. A situation is shown where the force F a acting on the nut (force parallel to the axis of the nut-spindle unit) presses the steeper thread flanks of the nut and threaded spindle onto one another.
Figur 2 und 3 betrachten diese Situation nun an einer isolierten Gewindeflanke: Fa wirkt axial, was eine Aufteilung der Kräfte erlaubt wie im Kräfte-Parallelogramm gezeigt. Es ergibt sich eine Kraftkomponente FS welche senkrecht zur Flanke ins Gewinde eingeleitet wird und eine Radialkomponente Fr . Mit Aas und Asy sind die Flankenflächen bezeichnet, die effektiv kraftschlüssig mit der Gegenflanke in Eingriff stehen. Aus Vergleich von Figur 2 und 3 wird deutlich, dass die axial auf Aas bzw. Asy wirkende Kraft Fa bei einem Gewinde mit steilen Flanken besser ins Material abgeleitet werden kann, als mit flacheren Flanken. Das hat zwei offensichtliche Vorteile: Zum einen ist die Druckbelastung auf die Oberfläche geringer, weil die senkrechte Kraftkomponente Fs bei flacheren Flanken kleiner ausfällt (bei gleichem Fa). Zum zweiten fällt auch die radiale Kraftkomponente Fr geringer aus. Zwar wird es spiegelsymmetrisch zur Mittenachse des System eine Komponente - Fr ge ben, die diese Komponente (weitgehend) aufhebt. Wegen Fertigungstoleranzen kann über die im Eingriff stehende Gewindelänge betrachtet sich jedoch eine resultierende Kraft ergeben, welche zu einem Kippmoment auf das Mutter-Spindelsystem führt und damit den Verschleiss verstärkt. FIGS. 2 and 3 now consider this situation on an isolated thread flank: F a acts axially, which allows the forces to be divided as shown in the force parallelogram. The result is a force component F S which is introduced into the thread perpendicular to the flank and a radial component F r . With A as and A sy , the flank surfaces are referred to, which are effectively frictionally engaged with the opposite flank. A comparison of FIGS. 2 and 3 clearly shows that the force F a acting axially on A as or A sy can be better derived into the material in the case of a thread with steep flanks than with flatter flanks. This has two obvious advantages: On the one hand, the pressure load on the surface is lower because the vertical force component F s is smaller with flatter flanks (with the same F a ). Second, the radial force component F r is also lower. It is true that there is a component, F r , which is mirror-symmetrical to the center axis of the system, which (largely) cancels this component. Due to manufacturing tolerances, however, a resultant force can arise over the engaged thread length, which leads to a tilting moment on the nut-spindle system and thus increases wear.
Da bei Parkbremssystemen die höchste Belastung für die Betätigungseinheit auftritt, wenn das System in Bremsstellung gebracht wird, ist es daher naheliegend, ein asymmetrisches Gewinde zu wählen, weil so die Belastungsspitzen von der Mutter auf die Spindel besser abgeleitet werden können. Since the greatest load on the actuation unit occurs in parking brake systems when the system is brought into the braking position, it is therefore obvious to choose an asymmetrical thread, because this way the load peaks can be better transferred from the nut to the spindle.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
Mutter-Spindel-Systeme für den beschriebenen Einsatz als Teil eines Linearantriebes werden aus Kostengründen häufig als kaltumgeformte Werkstücke aus Stahl gefertigt. Die Gewinde werden hierbei mit speziellen Maschinen gerollt, also kaltwalzumgeformt. Dabei
wird der Gewindezug durch geeignete Kerbrollen in eine zylindrische oder hohlzylindrische Rohform eingefurcht. Dies kann so als Innengewinde erfolgen (Mutter) oder als Aussen gewinde (Spindel). Die Kaltumformung sorgt für eine höhere Gewindefestigkeit und kann glattere und bessere Oberflächenstrukturen ohne Spanbildung ermöglichen. Nut-spindle systems for the described use as part of a linear drive are often manufactured as cold-formed workpieces made of steel for reasons of cost. The threads are rolled, i.e. cold-rolled, using special machines. There the thread train is grooved into a cylindrical or hollow cylindrical raw shape by means of suitable notch rollers. This can be done as an internal thread (nut) or as an external thread (spindle). Cold forming ensures higher thread strength and can enable smoother and better surface structures without chip formation.
Ein Nebeneffekt beim Gewinderollen ist die Bildung der sogenannten Schliessfalte. Bei der Gewindeherstellung drückt das Werkzeug das Gewindeprofil in den Rohling ein und verdrängt den Werkstoff vom Gewindegrund in die Gewindespitzen. Dies geschieht somit für jeden Gewindezug gleichzeitig von beiden Flanken her. Die Grenzfläche zwischen die sen beiden Verdrängungsfronten kann an der Gewindespitze je nach Umformgrad, Mate rial und Prozessführung zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Schliessfalte entlang der Gewindespitze führen; dort, wo die Materialverdrängung maximal ist, der Gewindezug jedoch am schmälsten. Schliessfalten sind nachteilig für die Belastungsfähigkeit der Regi on der Gewindespitze. A side effect of thread rolling is the formation of the so-called closing fold. During thread production, the tool presses the thread profile into the blank and displaces the material from the thread root into the thread crests. This therefore happens for each thread pull simultaneously from both flanks. The interface between these two displacement fronts can lead to a more or less pronounced closing fold along the thread tip at the thread tip, depending on the degree of deformation, material and process management; where the material displacement is maximum, but the thread pull is narrowest. Closing folds are disadvantageous for the loading capacity of the region of the thread tip.
Bei einem asymmetrischen Gewinde entsteht auch eine asymmetrisch angeordnete Schliessfalte. Untersuchungen haben nun ergeben, dass diese Schliessfalte nicht beide Gewindeflanken gleichmässig schwächt; interessanterweise ist die steilere Gewindeflanke stärker betroffen. Dies kann sich negativ auswirken wegen der oben gezeigten Kraftvertei lung. Wie der Vergleich von Figur 2 und 3 zeigt, ist die ins Material eingeleitete Kraftkom ponente Fs (vektoriell) bei flacheren Flanken zwangsläufig stärker zur Mittelachse geneigt als bei der steileren Flanke. Damit zielt, bildlich gesprochen, bei der flacheren Gewinde flanke der Kraftvektor eher an der Schliessfalte vorbei, in das für die Krafteinleitung vor teilhafte, von der Schliessfalte ungestörte Volumen des Gewindezahns. In the case of an asymmetrical thread, there is also an asymmetrically arranged closing fold. Investigations have now shown that this closing fold does not weaken both thread flanks equally; interestingly, the steeper thread flank is more affected. This can have a negative effect because of the force distribution shown above. As the comparison of FIGS. 2 and 3 shows, the force component F s (vectorial) introduced into the material is necessarily more inclined to the central axis for flatter flanks than for the steeper flank. Thus, figuratively speaking, with the flatter thread flank, the force vector aims rather past the closing crease, into the volume of the thread tooth, which is important for the introduction of force and is undisturbed by the closing crease.
Ebenfalls als Resultat des Gewindeformens wird das Material bei asymmetrischen Gewin den im Gewindegrund, bezogen auf die Ursprungsoberfläche, am Fuss einer steileren Flanke stärker gekerbt als bei einer flacheren Flanke. Damit wird das Material im Gewin degrund lokal stärkeren Belastungen unterworfen, was die Bildung von Mikrorissen be günstigen kann. Also as a result of thread forming, the material of asymmetrical threads in the thread root, in relation to the original surface, is notched more strongly at the foot of a steeper flank than on a flatter flank. This means that the material in the ground of the thread is subjected to locally stronger loads, which can be beneficial for the formation of microcracks.
All diese Überlegungen lassen den Ansatz aus dem Stand der Technik, die Mutter- Spindel-Systeme der Betätigungseinheit für Parkbremssysteme mit einem asymmetri schen Gewinde auszulegen, als nicht grundsätzlich vorteilhaft erscheinen. Betätigungs einheiten gemäss vorliegender Erfindung zeichnen sich durch vereinfachte Fierstellung und verbesserten Wirkungsgrad aus, während die Verriegelungskräfte in Endposition den selben Vorgaben entsprechen.
Eine Betätigungseinheit für eine Feststellbremse von Kraftfahrzeugen umfasst eine wirk verbundene Einheit aus Antriebsspindel und Mutter, die ein axial längenverstellbares Ele ment eines Linearantriebes bildet und als solches wirkt. Die Antriebsspindel weist eine Antriebsseite zur Verbindung mit einem elektrischen Antrieb auf und einen im Wesentli chen zylindrischen Spindelabschnitt mit einem Aussengewinde. Die Mutter hingegen weist einen hülsenförmigen Zentralkörper auf mit einem Innengewinde und ferner einen Kopfab schnitt, der ausgebildet ist, um als Druckkolben auf ein Bremselement der Feststellbremse einzuwirken. Zentralkörper und Kopfabschnitt der Mutter können ebenso wie Antriebsseite und Spindelabschnitt der Antriebsspindel einstückig ausgeführt sein bzw. kraft- oder form- oder stoffschlüssig zusammengesetzt sein aus zwei Bauteilen. Innen- und Aussengewinde der Betätigungseinheit kämmen im Wirkverbund als Gewinde ineinander und definieren eine gemeinsame axiale Rotationsachse (A). All these considerations make the approach from the prior art, to interpret the mother-spindle systems of the actuation unit for parking brake systems with an asymmetric thread, do not appear to be fundamentally advantageous. Actuating units according to the present invention are characterized by a simplified release position and improved efficiency, while the locking forces in the end position correspond to the same specifications. An actuation unit for a parking brake of motor vehicles comprises an operatively connected unit composed of drive spindle and nut, which forms an axially adjustable element of a linear drive and acts as such. The drive spindle has a drive side for connection to an electric drive and an essentially cylindrical spindle section with an external thread. The nut, however, has a sleeve-shaped central body with an internal thread and also a head section which is designed to act as a pressure piston on a braking element of the parking brake. The central body and head section of the nut, like the drive side and the spindle section of the drive spindle, can be made in one piece or be composed of two components in a non-positive, positive or material fit. Internal and external threads of the actuation unit mesh in an active connection as a thread and define a common axial axis of rotation (A).
Gemäss der Erfindung wird das Gewinde als symmetrisches Gewinde ausgelegt, bei dem die Flankenwinkel (a, a') bezogen auf eine radiale Bezugsebene (R) senkrecht zur Rotati onsachse (A) im Wesentlichen gleich grosse Winkelbeträge aufweisen. According to the invention, the thread is designed as a symmetrical thread in which the flank angles (a, a ') have essentially the same angular amounts relative to a radial reference plane (R) perpendicular to the axis of rotation (A).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Betätigungseinheit wird die Antriebsspindel massgeblich als kaltumgeformtes Metallformteil ausgeführt ist. In einer weiteren Ausfüh rungsform wird die die Mutter massgeblich als kaltumgeformtes Metallformteil ausgeführt. In a preferred embodiment of the actuation unit, the drive spindle is largely designed as a cold-formed metal molding. In a further embodiment, the nut is mainly designed as a cold-formed molded metal part.
Mit massgeblich ist in beiden Fällen gemeint, dass bis auf Vorbehandlungs- bzw. Nachbe handlungsschritte (wie etwa Fierstellung der Rohform vor dem Gewinderollen, Wärmebe handlung, Oberflächenvergütung, Flärtung, Reinigung, Überdrehen bzw. Feinschliff) die wesentlichen Umformschritte durch Kaltumformung und nicht durch spanende Bearbei tung erfolgen. In both cases, `` decisive '' means that, with the exception of pretreatment and post-treatment steps (such as forming the raw form before thread rolling, heat treatment, surface finishing, hardening, cleaning, over-turning or fine-grinding), the essential forming steps are through cold forming and not through machining Processing.
In einer weiteren Ausführungsform einer Betätigungseinheit werden die Flankenwinkel (a, a') zwischen 12-18° (jeweils inclusive) gewählt, bevorzugt zwischen 13° und 15°. In a further embodiment of an actuating unit, the flank angles (a, a ') are selected between 12-18 ° (each inclusive), preferably between 13 ° and 15 °.
Die Verwendung einer Betätigungseinheit als axial längenverstellbares Element eines Li nearantriebes für eine Feststellbremse von Kraftfahrzeugen baut auf eine wirkverbundene Einheit aus Antriebsspindel und Mutter. Die Antriebsspindel weist eine Antriebsseite zur Verbindung mit einem elektrischen Antrieb auf und einen im Wesentlichen zylindrischen Spindelabschnitt mit einem Aussengewinde. Die Mutter hingegen weist einen hülsenför migen Zentralkörper auf mit einem Innengewinde und ferner einen Kopfabschnitt, der aus-
gebildet ist, um als Druckkolben auf ein Bremselement der Feststellbremse einzuwirken. Zentralkörper und Kopfabschnitt der Mutter können ebenso wie Antriebsseite und Spin delabschnitt der Antriebsspindel einstöckig ausgeführt sein bzw. kraft- oder form- oder stoffschlüssig zusammengesetzt sein aus zwei Bauteilen. Innen- und Aussengewinde der Betätigungseinheit kämmen im Wirkverbund als Gewinde ineinander und definieren eine gemeinsame axiale Rotationsachse (A). Das Gewinde ist als symmetrisches Gewinde ausgelegt, bei dem die Flankenwinkel (a, a') bezogen auf eine radiale Bezugsebene (R) senkrecht zur Rotationsachse (A) im Wesentlichen gleich grosse Winkelbeträge aufwei sen. The use of an actuating unit as an axially length-adjustable element of a Li near drive for a parking brake of motor vehicles is based on an operatively connected unit consisting of a drive spindle and a nut. The drive spindle has a drive side for connection to an electric drive and an essentially cylindrical spindle section with an external thread. The mother, however, has a hülsenför-shaped central body with an internal thread and also a head section, which is is formed to act as a pressure piston on a braking element of the parking brake. The central body and head section of the nut, like the drive side and the spindle section of the drive spindle, can be made in one piece or be composed of two components in a non-positive, positive or material fit. Internal and external threads of the actuation unit mesh in an active connection as a thread and define a common axial axis of rotation (A). The thread is designed as a symmetrical thread in which the flank angles (a, a ') have essentially the same angular amounts relative to a radial reference plane (R) perpendicular to the axis of rotation (A).
BESCHREIBUNG DER FIGUREN DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figur 1 zeigt eine Betätigungseinheit aus Mutter und Spindel im Längsschnitt. FIG. 1 shows an actuating unit consisting of a nut and spindle in a longitudinal section.
Figur 2 und Figur 3 zeigen eine Gewindepartie im Schnitt quer zum Gewindezug. Figur 2 repräsentiert schematisch ein asymmetrisches Gewinde, Figur 3 ein symmetrisches. Figure 2 and Figure 3 show a thread section in a section transverse to the thread train. Figure 2 schematically represents an asymmetrical thread, Figure 3 a symmetrical one.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem asymmetrischen Gewindemit einem Gewinde im Eingriff Figure 4 shows a section of an asymmetrical thread with a thread in engagement
Figur 5 zeigt ein Schemabild eines Gewindezahns mit Schliessfalte im Querschnitt FIG. 5 shows a schematic diagram of a threaded tooth with a closing fold in cross section
Figur 1 zeigt eine Betätigungseinheit 10 als System aus Mutter 20 und Antriebsspindel 11 im wirkverbundenen Eingriff. So eine Baugruppe kann als Linearantriebselement in einem elektrischen Parksystem Verwendung finden, ist per se aber auch für technisch äquivalen te Aufgaben geeignet wie Schliess- oder Verriegelungssysteme, bei denen in Endposition eine konstante, axiale Kraft auf der Baugruppe lastet. FIG. 1 shows an actuating unit 10 as a system comprising nut 20 and drive spindle 11 in operatively connected engagement. Such an assembly can be used as a linear drive element in an electric parking system, but is also suitable per se for technically equivalent tasks such as locking or locking systems, in which a constant, axial force is applied to the assembly in the end position.
Die Antriebsspindel 11 lässt sich im Wesentlichen in zwei Unterabschnitte gliedern. Zum einen die Antriebsseite 12, die eine Lagerung 14 einschliessen kann. Hier erfolgt die Kraftübertragung von einem Antriebsmotor. Diese Übertragung kann, wie im Stand der Technik bekannt, von einem Antriebsmotor via ein Kupplungselement direkt erfolgen oder indirekt über ein Getriebe, Zahnriemen oder ein anderes geeignetes Mittel. Der andere Unterabschnitt ist der eigentliche Spindelgewindeabschnitt 13. Er ist technisch als im We sentliches stabförmiges Bauelement ausgeführt mit einem Aussengewinde 15. Diese An triebsspindel 11 ist im Wirkverbund gezeigt mit einer Mutter 20. Letztere lässt sich unter gliedern in einen Kopfabschnitt 22 und einen hülsenförmigen Zentralkörper 21 , der ein Innengewinde 23 trägt. Im verbauten Zustand ist üblicherweise die Antriebsspindel 11 ortsfest, aber drehbar angetrieben in einem Bremssystem montiert. Die Mutter 20 ist axial
verschieblich relativ zur Antriebsspindel 11 montiert. Der Kopfabschnitt 22 kann als Teil eines Druckkolbens ausgebildet werden, der auf ein Bremselement wie e.g. ein Bremsba cken wirkt. Mutter 20 und Antriebsspindel 11 besitzen im wirkverbundenen Zustand eine gemeinsame Zentralachse A, die für das Gewinde eine zentrale Längsachse bildet. The drive spindle 11 can essentially be divided into two subsections. On the one hand, the drive side 12, which can include a bearing 14. Here the power is transmitted by a drive motor. As is known in the prior art, this transmission can take place directly from a drive motor via a coupling element or indirectly via a gear, toothed belt or some other suitable means. The other subsection is the actual spindle thread section 13. It is technically designed as an essentially rod-shaped component with an external thread 15. This drive spindle 11 is shown in an operative connection with a nut 20. The latter can be subdivided into a head section 22 and a sleeve-shaped central body 21, which has an internal thread 23. In the installed state, the drive spindle 11 is usually mounted in a stationary but rotatably driven manner in a brake system. The nut 20 is axial mounted displaceably relative to the drive spindle 11. The head section 22 can be designed as part of a pressure piston which acts on a braking element such as a brake jaw. Nut 20 and drive spindle 11 have a common central axis A in the operatively connected state, which forms a central longitudinal axis for the thread.
Der markierte Abschnitt X entspricht (exemplarisch) der Figur 4. Das gezeigte Gewinde ist lediglich schematisch. The marked section X corresponds (by way of example) to FIG. 4. The thread shown is only schematic.
Figur 2 und 3 zeigen einen Teilschnitt durch eine Spindel bzw. Mutter entlang der Mittel achse mit mehreren Gewindezügen. Figur 2 zeigt ein asymmetrisches Gewinde mit unter schiedlich steilen Gewindeflanken, Figur 3 ein symmetrisches Gewinde. In Figur 2 verläuft eine Radialebene R durch den Schnittpunkt der Verlängerung der Gewindeflanken einer seits und steht andererseits auf der zentralen Längsachse A (hier nicht gezeigt) senkrecht. Die beiden Winkel ß und d sind unterschiedlich gross gewählt, im gezeigten Beispiel gilt ß < d. Figures 2 and 3 show a partial section through a spindle or nut along the central axis with several threads. Figure 2 shows an asymmetrical thread with differently steep thread flanks, Figure 3 shows a symmetrical thread. In Figure 2, a radial plane R runs through the intersection of the extension of the thread flanks on the one hand and on the other hand is perpendicular to the central longitudinal axis A (not shown here). The two angles β and d are selected to be of different sizes; in the example shown, β <d applies.
Mit Aas ist schematisch diejenige Fläche angedeutet, die im Betrieb als Kontaktfläche zur Gegenflanke dient. Man erkennt, dass die eingezeichnete Kraft Fa unter einem Winkel 90°- ß auf die Kontaktfläche trifft. Je steiler die Flanke ausgeführt wird, desto kleiner ist ß und desto geringer demnach ist die Kraftkomponente Fr, die in radialer Richtung wirkt. Wie steil bei gegebenem Winkel ß die zweite Flanke gewählt werden kann hängt unter ande rem von der Steigung des Gewindes ab. With A as that area is indicated schematically which serves as a contact area for the opposite flank during operation. It can be seen that the drawn force F a hits the contact surface at an angle of 90 °. The steeper the flank, the smaller ß and accordingly the lower the force component Fr that acts in the radial direction. How steep the second flank can be for a given angle ß depends, among other things, on the pitch of the thread.
In Figur 3 sind - analog Figur 2 - die Verhältnisse an einem idealisierten symmetrischen Gewinde mit im Wesentlichen gleichen Flankenwinkeln a, a' gezeigt. Anhand des Kräfte parallelogrammes ist erkennbar, warum ein symmetrischer Gewindeaufbau für die be schriebene Verwendung früher nicht favorisiert wurde - der Flächendruck, berechnet mit Fs ist bei gleichem Fa in Figur 3 höher als in Figur 2. Asy bezeichnet schematisch die Kontakt fläche mit der Gegenflanke im Wirkverbund. In FIG. 3 - analogously to FIG. 2 - the relationships on an idealized symmetrical thread with essentially the same flank angles a, a 'are shown. On the basis of forces parallelogram can be seen why a symmetrical threaded structure for be required use has not previously been favored - the surface pressure is calculated with F s is higher with the same F a in Figure 3 as in Figure 2. A sy schematically denotes the contact surface with the opposite flank in the active compound.
Figur 4 entspricht in etwa dem Ausschnitt X in Figur 1 , gezeigt wird jedoch ein Detail 70 mit einem asymmetrischen Gewinde. Der Gewindeanteil 71 ist exemplarisch der Mutter zuzuordnen, der (untere) Gewindeanteil 80 der Antriebsspindel. Die in Figur 4 gezeigten Freiräume 73, 74, 83, 84 entstehen, weil Gewindegrund und Gewindespitze eines Getrie bes ein begrenztes Spiel von Mutter und Spindel erlauben und wirken im Betrieb auch als Schmierstoffdepots. Ein Gewindezahn 75 der Mutter berührt einen Gewindezahn 85 der Antriebsspindel in einem begrenzten Gebiet, die als Flankenfläche 81 bzw. 82 markiert ist und Aas in Figur 2 entspricht. Im Bereich des Freiraums 83, im Gewindegrund, ist erkenn bar, dass die Kerbwirkung beim Übergang 86 der steileren Flanke in den Gewindegrund
grösser ist als beim Übergang 87. Der Pfeil Fa deutet die axiale Krafteinwirkung an, die die Gewindeflanken wie gezeigt aufeinanderpresst. FIG. 4 corresponds approximately to the section X in FIG. 1, but shows a detail 70 with an asymmetrical thread. The thread portion 71 is to be assigned to the nut, the (lower) thread portion 80 to the drive spindle. The free spaces 73, 74, 83, 84 shown in Figure 4 arise because the thread base and thread tip of a gearbox allow limited play of nut and spindle and also act as lubricant deposits during operation. A threaded tooth 75 of the nut touches a threaded tooth 85 of the drive spindle in a limited area which is marked as flank surface 81 or 82 and corresponds to A as in FIG. In the area of the free space 83, in the thread root, it can be seen that the notch effect at the transition 86 of the steeper flank into the thread root is greater than at the transition 87. The arrow F a indicates the axial force that presses the thread flanks onto one another as shown.
Figur 5 zeigt in einem schematischen Schnitt eine Gewindespitze 90 mit zwei unterschied- lieh steilen Flanken 94 und 95 eines asymmetrischen Gewindes mit einer Schliessfalte 92. FIG. 5 shows, in a schematic section, a thread tip 90 with two differently steep flanks 94 and 95 of an asymmetrical thread with a closing fold 92.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen of fenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombina tion für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
The features of the invention disclosed in the above description, in the drawings and in the claims can be essential for the implementation of the invention both individually and in any combination.
Claims
1 . Betätigungseinheit (10) für eine Feststellbremse von Kraftfahrzeugen, umfassend eine wirkverbundene Einheit aus Antriebsspindel (11) und Mutter (20), die als axial längenverstellbares Element eines Linearantriebes wirkt, 1 . Actuating unit (10) for a parking brake of motor vehicles, comprising an operatively connected unit comprising drive spindle (11) and nut (20), which acts as an axially length-adjustable element of a linear drive,
- wobei die Antriebsspindel (11) eine Antriebsseite (12) zur Verbindung mit einem elektrischen Antrieb aufweist und einen im wesentlichen zylindri schen Spindelabschnitt (13) mit einem Aussengewinde (15) ; - wherein the drive spindle (11) has a drive side (12) for connection to an electric drive and a substantially cylindri's spindle portion (13) with an external thread (15);
- wobei die Mutter (20) einen hülsenförmigen Zentralkörper (21) aufweist mit einem Innengewinde (23) und ferner einen Kopfabschnitt (22) der so aus gebildet ist, um als Druckkolben auf ein Bremselement der Feststellbremse einzuwirken; - wherein the nut (20) has a sleeve-shaped central body (21) with an internal thread (23) and also a head portion (22) which is formed so as to act as a pressure piston on a braking element of the parking brake;
- wobei Innen- und Aussengewinde im Wirkverbund als Gewinde ineinander kämmen und eine gemeinsame axiale Rotationsachse (A) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde ein symmetrisches Gewinde ist, bei dem die Flankenwinkel (a, a') bezogen auf eine radiale Bezugsebene (R) senkrecht zur Rotationsachse (A) im Wesentlichen gleich grosse Winkelbeträge aufweisen. - Wherein the internal and external threads mesh together as threads in the active composite and have a common axial axis of rotation (A); characterized in that the thread is a symmetrical thread in which the flank angles (a, a ') have essentially the same angular values in relation to a radial reference plane (R) perpendicular to the axis of rotation (A).
2. Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (11) massgeblich als kaltumgeformtes Metallformteil ausgeführt ist. 2. Actuating unit (10) according to claim 1, characterized in that the drive spindle (11) is largely designed as a cold-formed metal molding.
3. Betätigungseinheit (10) nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (20) massgeblich als kaltumgeformtes Metallformteil ausgeführt ist. 3. Actuating unit (10) according to claim 1-2, characterized in that the nut (20) is largely designed as a cold-formed metal molding.
4. Betätigungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenwinkel (a, a') zwischen 12°-18° (jeweils inclusive) gewählt werden.
4. actuating unit (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the flank angles (a, a ') between 12 ° -18 ° (each inclusive) are selected.
5. Verwendung einer Betätigungseinheit (10), umfassend eine wirkverbundene Ein heit aus Antriebsspindel (11) und Mutter (20), als axial längenverstellbares Element eines Linearantriebes für eine Feststellbremse von Kraftfahrzeugen, wobei die Antriebsspindel (11) eine Antriebsseite (12) zur Verbindung mit einem elektrischen Antrieb aufweist und einen im wesentlichen zylindri schen Spindelabschnitt (13) mit einem Aussengewinde (15) ; 5. Use of an actuating unit (10), comprising an operatively connected unit of drive spindle (11) and nut (20), as an axially length-adjustable element of a linear drive for a parking brake of motor vehicles, the drive spindle (11) having a drive side (12) for connection having an electric drive and a substantially cylindri's spindle portion (13) with an external thread (15);
- wobei die Mutter (20) einen hülsenförmigen Zentralkörper (21) aufweist mit einem Innengewinde (23) und fern einen Kopfabschnitt (22) der so ausge bildet ist, um als Druckkolben auf ein Bremselement der Feststellbremse einzuwirken; - wherein the nut (20) has a sleeve-shaped central body (21) with an internal thread (23) and a head portion (22) which is formed so out to act as a pressure piston on a braking element of the parking brake;
- wobei Innen- und Aussengewinde im Wirkverbund als Gewinde ineinander kämmen und eine gemeinsame axiale Rotationsachse (A) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde ein symmetrisches Gewinde ist, bei dem die Flankenwinkel (a, a') bezogen auf eine radiale Bezugsebene (R) senkrecht zur Rotationsachse (A) im- Wherein the internal and external threads mesh together as threads in the active composite and have a common axial axis of rotation (A); characterized in that the thread is a symmetrical thread in which the flank angle (a, a ') based on a radial reference plane (R) perpendicular to the axis of rotation (A) im
Wesentlichen gleich grosse Winkelbeträge aufweisen.
Have substantially the same angular amounts.
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